解读宇宙飞船的核动力装置

[导读]核动力系统就在下一个10年至20年内获得更大规模利用，尤其是在深空探索领域，核动力电池是航天器行星际探索任务的保证。

深空调查需要使用更多的核动力装置，比如核电池就可以提供长久的电源供应

腾讯科学讯（罗辑/编译）月球是距离我们最近的较大质量天体，近地轨道上运行的大量卫星都使用了太阳能电池板，质量超过400吨的国际空间站也使用了大型太阳电池板，火星探测器一般都使用了太阳能电池板作为主要的能量来源，向太阳系中外侧轨道发射的探测器倾向于使用核动力，根据任务的不同设计其主要动力形式。部署在火星上的着陆器、漫游者使用的动力不同，早期的机遇号、勇气号、凤凰号都搭载了太阳能电池板，去年登陆火星盖尔撞击坑的好奇号火星科学实验室却使用了放射性同位素电源。

深空探索中使用核动力并不是新鲜的事物，旅行者系列探测器任务中就使用了核动力，目前那两艘旅行者探测器已经飞出日光层，而携带的百瓦级放射性同位素电源仍然处于工作之中，其功率可超过150W，预计可以使用到2020年左右。除了比较著名的旅行者系列探测器外，放射性同位素电源的应用较早，可追溯到上个世纪60年代左右，美国在1961年发射的子午仪-4A卫星就使用了功率为2.7瓦的放射性同位素电源，在阿波罗12号任务中也使用了放射性同位素电源，工作年限都达到5年以上，先驱者10号使用的放射性同位素电源工作了30年以上，这是说明放射性同位素电源在行星际空间探索中已经得到了非常广泛的应用。

对于超出地月系统的探测器而言，合理使用空间核电源就显然十分重要，距离地球越远，太阳辐射光强就越低，火星轨道上使用太阳能电池板的效率就比近地轨道上低了很多，甚至是打了对折，进一步超出火星轨道，进入木星、土星轨道上，太阳能电池板的效率更低，美国宇航局的“伽利略”木星探测器、“卡西尼”土星及其卫星系统探测器还有飞得更远的“新地平线”冥王星探测器都使用了放射性同位素电源，除了“伽利略”木星探测器在2003年坠入木星大气外，目前这些探测器上搭载的放射性同位素电源都处于工作之中。

进入21世纪第一个10年之后，人类对深空探索的范围进一步扩大，自阿波罗登月计划以来，人类已经向月球、火星、木星、土星、甚至是冥王星发射了探测器，传统的化学能推进方法已经完全不适应深空探索的发展，其中也包括在行星际探索中大规模使用的放射性同位素电源，未来深空探索的方向将向太阳系中轨道推进，其中载人航天任务将延伸至火星轨道，无人行星际探索任务将进一步触及冥王星轨道，甚至超过冥王星轨道探索冥外天体，因此发展新型空间推进技术是深空任务延伸的基础，其中大功率的放射性同位素电源和空间核反应堆推进技术是发展前景较好的航天能源形式。

相比较于核反应堆而言，放射性同位素热电发生器功率要低，而且两者的原理也不一样，放射性同位素热电发生器为衰变释放能量，而核反应堆为裂变释放能量。核能作为航天动力形式是未来深空探索的必备条件之一，在几种概念型的动力系统中，相比较微波推进、光压推进甚至是反物质推进技术而言，核动力推进的期望值较高。

在大规模使用核电源和核反应堆推进时，更加需要主要辐射屏蔽措施，不仅要防止航天器核动力装置上的辐射对宇航员造成伤害，还要有效降低来自宇宙的空间电离辐射，随着人类向深空方向迈进，化学能火箭将成为历史，在研制核电源和核电推进系统时，也可以发展其他新型空间动力，比如光压驱动推进等，向多元化的空间动力体系迈进。